Question

16．稳定的ClO₂易溶于水，熔点为一59.5℃，沸点为11℃，能在碱性条件下与H₂O₂反应，生成ClO₂．它是国际公认的新一代高效、广谱、安全杀菌保鲜剂．但液态二氧化氯不稳定，易爆炸，在生产、包装、运输方面不便．固载二氧化氯是用化学方法固化在载体上，使用时再释放出来．工业上NaClO₂是制备稳定型固载ClO₂的主要原料，采用H₂O₂、NaClO₃和NaOH等制备NaClO₂的工艺装置如图：
（1）反应器发生的化学反应方程式为2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O
（2）装置3的名称为B
A．离心机　　B．冷凝器　　C．安全器　　D．电热器
（3）吸收瓶中发生的化学方程式为：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，为什么恒温槽要选择低温：温度过高，过氧化氢会分解，还可以选择什么条件促进吸收：增大氢氧化钠的浓度
（4）装置5的作用是：缓冲，防止吸收液直接进入真空泵
（5）工业上可用如下方法对NaClO₂纯度进行测定：
a称量约mg亚氯酸钠，配成500.00mL溶液
b．量取25.00mL试液，置于预先加有碘化钾溶液的碘量瓶中，并加入人适量稀硫酸溶液，摇匀，并于暗处放置10min
c．加100mL水，加人淀粉指示液，用浓度为c mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至溶液蓝色消失即为终点，记下消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积为v mL，同时做空白试验，记下消耗的硫代硫酸钠标准溶液的体积为V₀mL．滴定发生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆ 4I^-+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O
利用上述数据写出NaClO₂质量分数的计算式（不用化简）$\frac{（V-V0）×C×\frac{90.5}{4}×10{\;}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}$×100%
（6）工业上可用RS（kesting法，原理为：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O）制ClO₂，相比R5法，过氧化氢法有什么优点对环境污染小．

Answer 1

分析 ClO₂不便于运输、易爆炸、不稳定，工业上采用2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O、2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，制备NaClO₂，使用时再释放出来，据此图示流程：反应器1水浴、反应容器2中放入硫酸、30%过氧化氢、氯酸钠，制备ClO₂，ClO₂易溶于水，熔点为-59.5℃，沸点为11℃，装置3冷凝，反应器4中2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，制备NaClO₂，装置5缓冲，防止吸收液直接进入真空泵，真空泵抽气而获得反应体系真空条件．
（1）根据题干信息和图示物质，反应容器2中放入硫酸、30%过氧化氢、氯酸钠，所以采用H₂O₂、H₂SO₄和NaClO₃反应，制备ClO₂，据此信息确定反应物和生成物，并根据得失电子守恒和原子守恒书写方程式；
（2）根据制备NaClO₂的工艺装置图可知，装置3从下向上进水，为冷凝装置；
（3）吸收瓶中二氧化氯和过氧化氢在碱性条件下反应生成NaClO₂，选择低温是因为反应物过氧化氢温度高会分解，影响产率，也可选择增大反应物氢氧化钠的浓度促进吸收；
（4）根据装置5特点以及在流程图中的位置分析确定其用途；
（5）由滴定发生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，4I⁺+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O，可得关系式ClO₂^-～2I₂～4Na₂S₂O₃据此计算NaClO₂的质量分数；
（6）氯气、氯化氢有毒，结合R₅（kesting法）的制备原理分析．

解答 解：（1）根据工艺装置图中物质的信息可知，反应物为H₂O₂、H₂SO₄和NaClO₃，生成物为ClO₂，氯的化合价降低，过氧化氢中-1价的氧化合价升高，所以产物中有氧气，根据得失电子守恒和原子守恒，反应方程式为：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：2NaClO₃+H₂O₂+H₂SO₄=2ClO₂+O₂↑+Na₂SO₄+2H₂O；
（2）装置3从下向上进水，ClO₂易溶于水，熔点为-59.5℃，沸点为11℃，所以装置3为冷凝装置，
故答案为：B；
（3）吸收瓶中二氧化氯和过氧化氢在碱性条件下反应：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂，温度过高，过氧化氢会分解，所以选择低温条件，也可选择增大反应物氢氧化钠的浓度促进吸收，
故答案为：2ClO₂+H₂O₂+2NaOH=2NaClO₂+2H₂O+O₂；温度过高，过氧化氢会分解；增大氢氧化钠的浓度；
（4）装置5处在吸收瓶和真空泵之间，起缓冲作用，防止吸收液直接进入真空泵，
故答案为：缓冲，防止吸收液直接进入真空泵；
（5）根据c步骤．滴定发生的方程式：2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆，2Na₂S₂O₃～I₂反应生成的碘单质的物质的量为：n（I₂）=$\frac{1}{2}$n（Na₂S₂O₃）=$\frac{1}{2}$×C×（V-V₀）×10^-3mol/L，
由4I⁺+ClO₂^-+4H⁺=2I₂+Cl^-+3H₂O可知ClO₂^-～2I₂，步骤a．称量约mg亚氯酸钠，配成500.00mL溶液，n（NaClO₂）=$\frac{1}{2}$n（I₂）=$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3mol/L，

所以NaClO₂的质量为：m（NaClO₂）=nM=$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3mol/L×90.5g/mol═$\frac{1}{4}$×C×$\frac{500}{25}$×（V-V₀）×10^-3×90.5g，所以NaClO₂的质量分数为：$\frac{（V-V0）×C×\frac{90.5}{4}×10{\;}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}$×100%，
故答案为：$\frac{（V-V0）×C×\frac{90.5}{4}×10{\;}^{-3}}{m×\frac{25}{500}}$×100%；
（6）制备NaClO₂的工艺未使用易挥发的酸，没有易挥发的污染物，而用R₅（kesting法，原理为：2NaClO₃+4HCl=2ClO₂+Cl₂↑+2NaCl+2H₂O）制ClO₂，氯气、氯化氢有毒且易挥发，对环境污染大，所以相比R₅法，过氧化氢对环境污染小，
故答案为：对环境污染小．

点评 本题以氯及其化合物的性质考查氧化还原反应及物质的制备实验，把握题中的信息及知识迁移应用为解答的关键，侧重学生综合应用能力及信息抽取和分析能力的考查，题目难度中等．